高濃度過酸化物

高濃度過酸化水素（HTP ）は、過酸化水素の高濃度溶液（濃度85～98％）であり、残りの大部分は水である。触媒と接触すると、高温の蒸気と酸素の混合物に分解し、液体の水は残らない。HTPロケットや魚雷の推進剤として使用され、高性能バーニアエンジンにも使用されている。

過酸化水素は、極めて高濃度、すなわち概ね67%以上の濃度で推進剤として最も効果を発揮します。過酸化水素はどの濃度でも高温ガスの形で酸素と水を生成しますが、このような高濃度では、分解する過酸化水素の熱が常圧下で残存する液体を完全に気化させるほど高くなります。これは重要な安全および利用上の閾値であり、この閾値を超えると、これらの高濃度溶液の分解によって液体が完全に加熱ガスに変化する危険性があります。この閾値を超えると、濃度の上昇に伴い、より高温のガスが発生します。この高温の蒸気/酸素混合物は、推力、動力、または仕事の発生に利用できますが、非常に不安定であり、強力な起爆源が存在すると爆発の危険性があり、健康と安全に重大な危険をもたらします。^{[ 1 ]}

推進剤の濃度は70～99%の範囲で、71.0～73.0%、85.0～87.0%、89.5～91.0%、98.0～99.0%の4つのグレードに分類されます。^{[ 2 ]}

過酸化物の凍結による体積変化は濃度によって異なる。低濃度の過酸化物（45%以下）は凍結時に膨張するが、高濃度（65%以上）は収縮する。^{[ 3 ]： 4-39}

過酸化水素は、過酸化水素濃度が高いほど安定性が増します。例えば、98%の過酸化水素は70%の過酸化水素よりも安定しています。水は不純物として作用し、水の濃度が高いほど過酸化水素は不安定になります。過酸化水素の保存性は、液体が接触する材料の表面積対体積比に依存します。保存性を高めるには、この比を最小限に抑える必要があります。^{[ 4 ]}

適切な触媒と併用すれば、HTPは単一推進剤として使用できるほか^{[ 5 ]}、別の燃料と併用すれば二成分推進剤としても使用できる^{[ 6 ]}。

HTPは、第二次世界大戦中のドイツでの使用を皮切りに、現在に至るまで多くの用途で安全かつ成功裏に使用されてきました。^{[ 7 ]}第二次世界大戦中、高濃度過酸化物は、第二次世界大戦末期にメッサーシュミットMe 163近接防御迎撃戦闘機に搭載されたウォルターHWK 509Aロケットエンジンなど、一部のドイツの二液式ロケット設計において酸化剤として使用され、標準化された混合物T-Stoffの80%を占めていました。また、ドイツのXVII型潜水艦にも使用されました。^{[ 8 ]}

アメリカ合衆国の重要なプログラムとしては、X-15計画における姿勢制御スラスタやベル・ロケットベルトなどが挙げられる。NASAの月着陸船研究車両は、月着陸船をシミュレートするためのロケット推力としてベル・ロケットベルトを使用した。

イギリス海軍は、1958年から1969年にかけて、実験的な高速標的/訓練潜水艦エクスプローラーとエクスカリバーにおいて、酸化剤としてHTPを使用する実験を行った。

最初のロシア製HTP魚雷は、厳密には機能的な名称である53-57として知られていた。53は魚雷発射管の直径をセンチメートルで表したもので、57は導入された年を表している。冷戦の競争に駆り立てられ、彼らは65センチメートル（26インチ）の発射管から発射される、より大型のHTP魚雷の開発を命じた。2000年8月12日、この65型魚雷の1つに搭載されたHTPが 艦上で爆発し、潜水艦K-141クルスクを撃沈した。

イギリスでは、1956年に過酸化水素による火災で潜水艦HMSサイドン（P259）  が沈没したことを受け、魚雷燃料としてのHTP（過酸化水素）の実験を中止した。

英国ではロケット研究においてHTPを用いた実験が続けられ、 1971年のブラックアローロケットの開発でその集大成を迎えた。ブラックアローロケットは、HTPと灯油を燃料として、南オーストラリア州ウーメラからプロスペロX-3衛星の打ち上げに成功した。

1960年代にバルカン爆撃機とビクター爆撃機に搭載されたイギリスのブルースティールミサイルは、アブロ社によって製造された。このミサイルは85%濃度のHTPを使用していた。2つの燃焼室を持つステントールロケットに点火するために、HTPは触媒スクリーンを通過した。その後、2つの燃焼室に灯油が噴射され、それぞれ20,000ポンド（9,100キログラム）と5,000ポンド（2,300キログラム）の推力を発生させた。大きい方の燃焼室は上昇と加速用、小さい方の燃焼室は巡航速度の維持用だった。このミサイルは、高高度から発射した場合の射程は100海里、低高度（500～1,000フィート（150～300メートル））から発射した場合の射程は約50海里だった。速度は約マッハ2.0だった。高高度からの打ち上げであれば、70,000～80,000フィート（21,000～24,000メートル）まで上昇するだろう。低高度からの打ち上げでは、40,000フィート（12,000メートル）までしか上昇しないが、それでも速度はマッハ2.0程度になるだろう。

濃度82%のこの燃料は、現在でもロシアのソユーズロケットにおいて、ブースターや軌道投入機のターボポンプを駆動するために使用されている。

ブルーフレイムロケット推進車は、高濃度過酸化水素と液化天然ガス（LNG）をヘリウムガスで加圧して混合した燃料を使用し、1970年10月23日に時速622.407マイル（時速1,001.667キロ）の世界陸上速度記録を達成した。 

推進剤グレードの過酸化水素は、現在の軍事システムで使用されており、数多くの防衛および航空宇宙の研究開発プログラムで使用されています。Blue Origin、Skyrora、および既に解散したArmadillo Aerospaceなど、多くの民間資金によるロケット会社が過酸化水素を使用しており、一部のアマチュアグループは、自分たちの使用と少量を他者に販売するために、独自の過酸化水素を製造することに関心を示しています。HTPは、ILR-33 AMBER ^{[ 9 ]}およびNucleus ^{[ 10 ]}準軌道ロケットで使用されています。

HTPは、ブラッドハウンドSSC車による陸上速度記録更新を目指し、時速1,000マイル（1,600km /h）超えを目標に計画されていた。HTPはハイブリッド燃料ロケットの酸化剤として、固体燃料であるヒドロキシル末端ポリブタジエンと反応する予定だった。しかし、新型コロナウイルス感染症のパンデミックと資金不足により、このプロジェクトは頓挫した。 

推進剤グレードの過酸化水素は、資格のある購入者にのみ販売されています。通常、この化学物質は、適切に取り扱い、使用できる能力を持つ企業または政府機関にのみ販売されます。専門家ではない人が、濃度70%以下の過酸化水素（残りの30%は、スズ塩、リン酸塩、硝酸塩、その他の化学添加物などの不純物や安定剤の痕跡を含む水）を購入し、自分で濃度を上げています。過酸化水素の蒸留は非常に危険です。過酸化水素蒸気は着火しませんが、放出された酸素は接触するあらゆる物質に着火する可能性があり、特定の温度と圧力の組み合わせによっては爆発する可能性があります。爆発は、液体の急速な反応蒸発によって高温高圧となり、容器が激しく破裂することによって発生します。一般的に、常圧下で高濃度の過酸化水素が沸騰すると、爆発する可能性のある気相過酸化水素が発生します。真空蒸留によってこの危険性は軽減されるが、完全に排除されるわけではない。過酸化水素を濃縮する他の方法としては、スパージング法や分別結晶法がある。

濃度が35%以上の過酸化水素は、米国国土安全保障省の注目化学物質リストに掲載されている。^{[ 11 ]}

多くの一般的な物質は過酸化物の発熱分解反応を触媒し、水蒸気と酸素を生成するため、HTPの取り扱いには特別な注意と設備が必要です。鉄や銅といった一般的な物質は過酸化物と相性が悪いことが知られていますが、使用する過酸化物のグレードによっては、反応を数秒から数分遅らせることができます。

少量の過酸化水素の漏洩は、周囲に水をかけることで容易に対処できます。水をかけることで反応中の過酸化水素を冷却するだけでなく、十分に希釈することもできます。そのため、過酸化水素を取り扱う施設には、緊急用シャワーが設置されていることが多く、ホースや安全担当者が配置されています。

皮膚に付着すると、皮膚の下で酸素が発生するため、すぐに白くなります。数秒以内に洗い流さないと、広範囲の火傷を引き起こします。目に入ると失明する恐れがあるため、通常は目の保護具を使用します。

クルスク号潜水艦事故は、魚雷内でHTPが誤って放出され、それが魚雷の燃料と反応したことが原因であった。